CN109361406B - 一种fdd全频段收发信机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种FDD全频段收发信机，主要由上下变频、波段切换开关、功率放大器，低噪声放大器、环形器、双工器以及数字电路电源电路组成。所有射频收发功能，集成到一个模块，体积缩小，不需要各功能模块之间线缆连接，接口匹配等，有利于小型化，集成化设计以及各单元功能的集中监控管理；通过电路设计使得FDD的波段切换在小信号部分实现，代替了传统的功放后加双刀双掷开关切换方案，使得相同天线发射功率下，功放输出功率可以降低，即模块总功耗降低，由于省去大功率双刀双掷开关，故未明显增加成本；模块实现了通信备份功能，即收发链路异常时，可以切换到另一通道，继续通信，通信可靠性提高。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域中一种FDD全频段收发信机，适用于无线通信领域中FDD通信系统中。
背景技术
无线通信有FDD与TDD两种方式，由于FDD通信容量大，本专利讨论背景为FDD无线通信。FDD通信特点为全双工模式，收发频率错开，原理决定对通两端的发射频率与接收频率为交叉频率。传统方案有三种：一种为将对通两端频率固定，即模块内部用线缆连接固定频段滤波器，使用时只能用发高段收低段，另一端相反使用；一种为使用大功率双刀双掷，四个端口分别接功率放大器出口，低噪声放大器入口，以及后端双工器的两个端口，使用软件控制开关，切换功放出口与双工器的连接端口，达到频段切换；第三种为双工器使用两个独立的电调滤波器，电调滤波器为全频段可用，通过调节电调滤波器实现频率与频段切换。第一种方案，由于频段提前固定，灵活性比较差，第二种方案，使用了大功率双刀双掷开关，链路连接复杂，且增加了硬件成本，由于增加后端插入损耗后，相同发射功率下，功放功耗增大；第三种方案，使用电调滤波器方案，虽频率切换自由，但是电调滤波器成本高，体积大，且需要驱动电机转动实现频率变换，功耗增大，由于谐波为电调滤波器的寄生通带，对谐波的抑制度可能只有30dB左右，故与固定滤波器相比，对功放的谐波抑制比较差。且三种方案，收发链路中，有一处出现问题，通信都会中断。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种FDD全频段收发信机，通过电路设计使得FDD的波段切换在小信号部分实现，代替了传统的功放后加双刀双掷开关切换方案，使得相同天线发射功率下，功放输出功率可以降低，即模块总功耗降低，由于省去大功率双刀双掷开关，故未明显增加成本；模块实现了通信备份功能，即收发链路异常时，可以切换到另一通道，继续通信，通信可靠性提高。
本发明采用的技术方案为：
一种FDD全频段收发信机，包括上变频电路1、下变频电路2、第一高段滤波器6、第一功率放大器7、第二高段滤波器9、天线10、第一低噪声放大器11、第三高段滤波器12、第一低段滤波器14、第二功率放大器15、第二低段滤波器17、第二低噪声放大器18和第三低段滤波器19；还包括第一环形器8、第二环形器16、第一开关5和第二开关13；
对于发送高段频率，接收低段频率链路：
发送链路，发中频信号进入上变频电路1，上变频电路1将中频信号无失真的搬移到射频频率后经第一开关5输出至第一高段滤波器6；第一高段滤波器6将射频信号滤除带外杂散和谐波后输出至第一功率放大器7；第一功率放大器7将滤波后的射频信号进行功率放大，功率放大后的射频信号经第一环形器8进入第二高段滤波器9；第二高段滤波器9将功率放大后的射频信号进行滤波后通过天线10发送出去；接收链路，天线10接收到射频信号后输出至第二低段滤波器17；第二低段滤波器17将射频信号进行滤波后通过第二环形器16输出至第二低噪声放大器18；第二低噪声放大器18将接收到的射频信号进行低噪声的功率放大后输出至第三低段滤波器19；第三低段滤波器19将功率放大后的射频信号滤除干扰、带外噪声和镜频后通过第二开关13输出至下变频电路2；下变频电路2将接收到的射频信号无失真的搬移到中频频率后输出；
对于发送低段频率，接收高段频率链路：
发送链路，发中频信号进入上变频电路1；上变频电路1将中频信号无失真的搬移到射频频率后经第一开关5输出至第一低段滤波器14；第一低段滤波器14将射频信号滤除带外杂散和谐波后输出至第二功率功率放大器15；第二功率功率放大器15将滤波后的射频信号进行功率放大，将功率放大后的射频信号经第二环形器16输出至第二低段滤波器17；第二低段滤波器17将功率放大后的射频信号滤除功放产生的谐波后通过天线10发送出去；接收链路，天线10接收到射频信号后输出至第二高段滤波器9；第二高段滤波器9将射频信号经第二环形器8输出至第一低噪声放大器11；第一低噪声放大器11将接收到的射频信号进行低噪声的功率放大后输出至第三高段滤波器12；第三高段滤波器12将功率放大后的射频信号滤除干扰、带外噪声和镜频后通过第二开关13输出至下变频电路2；下变频电路2将接收到的射频信号无失真的搬移到中频频率后输出。
其中，还包括将数字电路4；数字电路4的MCU通过RS485总线获取监控指令后，控制第一开关5和第二开关13的切换，并通过SPI总线控制上变频电路1和下变频电路2的本振，使其产生需要的频率。
其中，上变频电路1包括混频电路、滤波电路和放大电路；混频电路将中频信号无失真的搬移的射频频段，并且通过滤波电路滤除混频产生的组合干扰频率，并通过放大电路进行信号放大后输出。
其中，下变频电路2包括抑镜滤波器、混频器和中频滤波器，抑镜滤波器将接收到的射频信号进行抑镜滤波后输出至混频器；混频器将射频信号搬移到中频频率，并通过中频滤波器滤除混频产生的组合干扰频率后输出。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1.本发明将上变频、下变频、双工器、功放、波段切换、低噪声放大等功能，集成到一个模块，体积缩小，不需要各模块之间的线缆连接，接口匹配等，有利于小型化，集成化设计。
2.本发明只需要一个电源监控接口，一个中频输入接口，一个中频输出接口以及天线接口，4个对外接口即可，连接简单。电源方便统一管理，各部分功能方便统一协调控制，方便集中监控管理。
3、本发明中可实现全频段通信。通过设计两路收发通道以及电子开关，使得两端用同一种模块即可实现全频段工作。
4、本发明中的波段切换的开关位于功放之前，所以为小功率电子开关；传统的方案，将双刀双掷开关置于功放之后实现发端，收端，以及双工器的高段滤波器，低段滤波器之间相互切换。相比传统方案，功放之后链路插入损耗降低，使得相同发射功率情况下，功放输出功率降低，使得整机功耗降低。
5.本发明的发射、接收都有两个独立的通道，实际使用中具有备份的功能。例如使用过程中，若出现一端发射链路，或者接收链路有异常时，均可通过监控切换到另一个频段即另一路通道，继续进行正常通信，可靠性增加一倍。
6.本发明收发虽均有两个通道，但功耗并未增加，因为当波段确定后，对应波段通路打开，备份的发射接收通路的供电将通过数字电路部分进行控制切断，整个模块只有一路发射链路，一路接收链路。
7.本发明虽然使用了两路通道主要增加成本为末级功放，但是由于省去了大功率的双刀双掷开关，以及相互之间的线缆连接等，成本并未明显增加，但是由于实现了备份，通信可靠性提高。
附图说明
图1是本发明实施原理方框图。
具体实施方式
参照图1，本发明它包括上变频电路1、下变频电路2、第一高段滤波器6、第一功率放大器7、第二高段滤波器9、天线10、第一低噪声放大器11、第三高段滤波器12、第一低段滤波器14、第二功率放大器15、第二低段滤波器17、第二低噪声放大器18和第三低段滤波器19；还包括第一环形器8、第二环形器16、第一开关5和第二开关13；第一功率放大器7、第二高段滤波器9、第二功率放大器15和第二低段滤波器17组成双工器；图1为本发明的实施原理框图。
对于发送高段频率，接收低段频率链路：
发送链路，发中频信号进入上变频电路1，上变频电路1将中频信号无失真的搬移到射频频率后经第一开关5输出至第一高段滤波器6；第一高段滤波器6将射频信号滤除带外杂散和谐波后输出至第一功率放大器7；第一功率放大器7将滤波后的射频信号进行功率放大，功率放大后的射频信号经第一环形器8进入第二高段滤波器9；第二高段滤波器9将功率放大后的射频信号进行滤波后通过天线10发送出去；接收链路，天线10接收到射频信号后输出至第二低段滤波器17；第二低段滤波器17将射频信号进行滤波后通过第二环形器16输出至第二低噪声放大器18；第二低噪声放大器18将接收到的射频信号进行低噪声的功率放大后输出至第三低段滤波器19；第三低段滤波器19将功率放大后的射频信号滤除干扰、带外噪声和镜频后通过第二开关13输出至下变频电路2；下变频电路2将接收到的射频信号无失真的搬移到中频频率后输出；
对于发送低段频率，接收高段频率链路：
发送链路，发中频信号进入上变频电路1；上变频电路1将中频信号无失真的搬移到射频频率后经第一开关5输出至第一低段滤波器14；第一低段滤波器14将射频信号滤除带外杂散和谐波后输出至第二功率功率放大器15；第二功率功率放大器15将滤波后的射频信号进行功率放大，将功率放大后的射频信号经第二环形器16输出至第二低段滤波器17；第二低段滤波器17将功率放大后的射频信号滤除功放产生的谐波后通过天线10发送出去；接收链路，天线10接收到射频信号后输出至第二高段滤波器9；第二高段滤波器9将射频信号经第二环形器8输出至第一低噪声放大器11；第一低噪声放大器11将接收到的射频信号进行低噪声的功率放大后输出至第三高段滤波器12；第三高段滤波器12将功率放大后的射频信号滤除干扰、带外噪声和镜频后通过第二开关13输出至下变频电路2；下变频电路2将接收到的射频信号无失真的搬移到中频频率后输出。
本发明中上变频电路1用于将输入中频信号，经过混频滤波放大后，无失真的搬移到射频频段。
本发明中下变频电路2用于将接收到的低噪声放大后的信号，进行下变频混频，滤波滤除混频杂散以及链路干扰，带外噪声后，经过放大器送入解调器。
本发明中第一开关5、第二13用于FDD链路中高低工作频段的选择。
本发明中第一高段滤波器6、第三高段滤波器12、第一低段滤波器14、第三低段滤波器19用于滤波链路带外噪声，以及变频产生的杂散。
本发明中第一和第二功率放大器7、15用于将变频后的射频信号，进行功率放大，满足长距离通信要求。
本发明中的第一和第二低噪声放大器11、18结构相同，内部包含限幅器，带旁路功能的低噪声放大器电路，限幅器用于防止天线接收信号过大，导致后端放大模块烧毁，低噪声放大器电路用于对天线接收到的信号进行低噪声引入的放大。
本发明中的第一和第二环形器8、16用于实现同频段的收发链路共用一个天线口滤波器。
本发明工作原理如下：
通信两端各放置一个射频收发模块，总监控设置两端收发频率如本端为发高段频率A，收低段频率B，对端设置为发低段B，收高段A，本端数字电路部分的MCU通过RS485总线，获取总监控的指令后，首先将第一开关5切换到第一高段滤波器6，将第二开关13切到第一低端滤波器14，并通过SPI总线，控制上下变频的本振，使其产生总监控要求的发工作频率A，收工作频率B。
对端数字电路部分的MCU通过RS485总线，获取总监控的指令后，首先将第一开关5切换到第一低段滤波器14，将第二开关13切到第三高段滤波器12，并通过SPI总线，控制上下变频的本振，使其产生总监控要求的发工作频率B，收工作频率A。
设置成功后，数字电路部分的MCU会通过RS485总线上报总监控，设置完成，然后本端中频输入调制信号通过上变频器后，将中频调制信号无失真的搬移到工作频率A，后经过第一开关5，进入第一高段滤波器6后，经过第一功率放大器7，将功率放大到满足通信距离的功率值，后经过环形器后，进入高段腔体滤波器，用于滤波功放非线性产生的谐波，以及组合杂散信号。经天线发送出去。对端发送流程与本段流程一致。
接收链路，本端天线接收到的射频小信号，进入腔体滤波器后滤除带外干扰，后经过环形器后，进入第二低噪声放大器18，对接收到的信号进行小信号放大，后经过第三低段滤波器19后，滤除镜频，后经过开关后，进入下变频电路2，将接收到的射频信号，经过下变频混频后，无失真的搬移到中频频率，经滤波放大后，送入解调器，进行信号解调。对端接收流程与本端流程一致。
本发明在实现过程中，由于将整个射频部分集成到一个模块中，体积缩小，不需要各射频模块之间的线缆连接，接口匹配等，实现小型化，集成化设计；各功能部分集成到一个模块使得可以进行集中供电，集中控制，方便模块状态管理；本发明通过小信号开关实现了高低工作频段的切换，取代了大功率双刀双掷开关，且发射、接收都有两个独立的通道，实际使用中有备份的功能，通信可靠性提高一倍，由于通道工作频率确定后，另一个通道全部断电，故功耗不变，由于省去了后端的大功率双刀双掷开关，降低的功放了输出功率，降低了整个模块的功耗。
Claims (2)
1.一种FDD全频段收发信机，包括上变频电路（1）、下变频电路（2）、第一高段滤波器（6）、第一功率放大器（7）、第二高段滤波器（9）、天线（10）、第一低噪声放大器（11）、第三高段滤波器（12）、第一低段滤波器（14）、第二功率放大器（15）、第二低段滤波器（17）、第二低噪声放大器（18）和第三低段滤波器（19）；第一功率放大器（7）、第二高段滤波器（9）、第二功率放大器（15）和第二低段滤波器（17）组成双工器；其特征在于，还包括第一环形器（8）、第二环形器（16）、第一开关（5）和第二开关（13）；
对于发送高段频率，接收低段频率链路：
发送链路，发中频信号进入上变频电路（1），上变频电路（1）将中频信号无失真的搬移到射频频率后经第一开关（5）输出至第一高段滤波器（6）；第一高段滤波器（6）将射频信号滤除带外杂散和谐波后输出至第一功率放大器（7）；第一功率放大器（7）将滤波后的射频信号进行功率放大，功率放大后的射频信号经第一环形器（8）进入第二高段滤波器（9）；第二高段滤波器（9）将功率放大后的射频信号进行滤波后通过天线（10）发送出去；接收链路，天线（10）接收到射频信号后输出至第二低段滤波器（17）；第二低段滤波器（17）将射频信号进行滤波后通过第二环形器（16）输出至第二低噪声放大器（18）；第二低噪声放大器（18）将接收到的射频信号进行低噪声的功率放大后输出至第三低段滤波器（19）；第三低段滤波器（19）将功率放大后的射频信号滤除干扰、带外噪声和镜频后通过第二开关（13）输出至下变频电路（2）；下变频电路（2）将接收到的射频信号无失真的搬移到中频频率后输出；
对于发送低段频率，接收高段频率链路：
发送链路，发中频信号进入上变频电路（1）；上变频电路（1）将中频信号无失真的搬移到射频频率后经第一开关（5）输出至第一低段滤波器（14）；第一低段滤波器（14）将射频信号滤除带外杂散和谐波后输出至第二功率功率放大器（15）；第二功率功率放大器（15）将滤波后的射频信号进行功率放大，将功率放大后的射频信号经第二环形器（16）输出至第二低段滤波器（17）；第二低段滤波器（17）将功率放大后的射频信号滤除功放产生的谐波后通过天线（10）发送出去；接收链路，天线（10）接收到射频信号后输出至第二高段滤波器（9）；第二高段滤波器（9）将射频信号经第二环形器（8）输出至第一低噪声放大器（11）；第一低噪声放大器（11）将接收到的射频信号进行低噪声的功率放大后输出至第三高段滤波器（12）；第三高段滤波器（12）将功率放大后的射频信号滤除干扰、带外噪声和镜频后通过第二开关（13）输出至下变频电路（2）；下变频电路（2）将接收到的射频信号无失真的搬移到中频频率后输出；
其中，上变频电路（1）包括混频电路、滤波电路和放大电路；混频电路将中频信号无失真的搬移的射频频段，并且通过滤波电路滤除混频产生的组合干扰频率，并通过放大电路进行信号放大后输出；
其中，下变频电路（2）包括抑镜滤波器、混频器和中频滤波器，抑镜滤波器将接收到的射频信号进行抑镜滤波后输出至混频器；混频器将射频信号搬移到中频频率，并通过中频滤波器滤除混频产生的组合干扰频率后输出。
2.根据权利要求1所述的一种FDD全频段收发信机，其特征在于：还包括数字电路（4）；数字电路（4）的MCU通过RS485总线获取监控指令后，控制第一开关（5）和第二开关（13）的切换，并通过SPI总线控制上变频电路（1）和下变频电路（2）的本振，使其产生需要的频率。
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